大型發(fā)-變組繼電保護關(guān)鍵問題與優(yōu)化策略研究一、引言1.1研究背景與意義在現(xiàn)代電力系統(tǒng)中，大型發(fā)-變組作為核心發(fā)電設備，承擔著將其他形式的能源轉(zhuǎn)換為電能并輸送至電網(wǎng)的關(guān)鍵任務，其運行狀態(tài)直接關(guān)乎電力系統(tǒng)的穩(wěn)定、安全與經(jīng)濟運行。隨著電力需求的持續(xù)增長和電力技術(shù)的不斷進步，大型發(fā)-變組的容量不斷增大，參數(shù)不斷提高，結(jié)構(gòu)和運行特性也愈發(fā)復雜。例如，單機容量從早期的幾十兆瓦發(fā)展到如今的百萬兆瓦級，這使得發(fā)-變組在電力系統(tǒng)中的地位愈發(fā)重要。一旦大型發(fā)-變組發(fā)生故障，不僅會導致自身設備損壞，造成巨大的經(jīng)濟損失，還可能引發(fā)連鎖反應，導致大面積停電事故，對社會生產(chǎn)和人民生活造成嚴重影響。據(jù)相關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，某起大型發(fā)-變組故障導致周邊地區(qū)停電數(shù)小時，直接經(jīng)濟損失達數(shù)千萬元，間接經(jīng)濟損失更是難以估量。繼電保護作為保障大型發(fā)-變組安全運行的重要防線，能夠在發(fā)-變組發(fā)生故障或出現(xiàn)異常運行狀態(tài)時，迅速、準確地動作，將故障設備從系統(tǒng)中切除，或發(fā)出信號提醒運行人員采取相應措施，從而避免故障的擴大和設備的進一步損壞。例如，當發(fā)-變組發(fā)生短路故障時，繼電保護裝置能在毫秒級的時間內(nèi)動作，切斷故障電流，保護設備安全。因此，深入研究大型發(fā)-變組繼電保護具有極其重要的現(xiàn)實意義。一方面，通過對大型發(fā)-變組繼電保護的研究，可以提高保護裝置的性能和可靠性，使其能夠更加準確地識別故障類型和故障位置，快速、有效地動作，從而減少故障對設備和系統(tǒng)的損害，提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。另一方面，隨著電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展和新技術(shù)的不斷應用，如智能電網(wǎng)、新能源接入等，對大型發(fā)-變組繼電保護提出了更高的要求。研究新型繼電保護原理和技術(shù)，能夠更好地適應電力系統(tǒng)的發(fā)展變化，保障電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，促進電力行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀國外在大型發(fā)-變組繼電保護領域起步較早，積累了豐富的研究成果和實踐經(jīng)驗。早期，基于電磁式繼電器的保護裝置被廣泛應用，隨著技術(shù)的發(fā)展，逐漸向晶體管式、集成電路式保護裝置過渡。如今，以數(shù)字信號處理器（DSP）和微控制器為核心的微機保護裝置已成為主流。例如，ABB、西門子等國際知名電氣公司，研發(fā)出了一系列高性能的發(fā)-變組微機保護產(chǎn)品，這些產(chǎn)品在全球范圍內(nèi)的電力系統(tǒng)中得到了廣泛應用，其保護原理涵蓋了差動保護、瓦斯保護、過流保護等多種傳統(tǒng)保護原理，并在這些原理的基礎上進行了優(yōu)化和創(chuàng)新。同時，國外在新保護原理的研究方面也取得了顯著進展，如基于人工智能技術(shù)的繼電保護方法，利用神經(jīng)網(wǎng)絡、模糊邏輯等智能算法對故障信號進行分析和處理，提高保護裝置的動作準確性和快速性。國內(nèi)對大型發(fā)-變組繼電保護的研究始于上世紀中后期，雖然起步相對較晚，但發(fā)展迅速。隨著國內(nèi)電力工業(yè)的快速發(fā)展，對發(fā)-變組繼電保護的需求日益增長，促使國內(nèi)科研機構(gòu)和企業(yè)加大了研發(fā)投入。目前，國內(nèi)在發(fā)-變組繼電保護技術(shù)方面已取得了眾多成果，國產(chǎn)微機保護裝置在性能和可靠性上已達到國際先進水平，并在國內(nèi)電力系統(tǒng)中占據(jù)了重要地位。許多高校和科研機構(gòu)開展了深入的理論研究，在故障分量保護原理、自適應保護原理等方面取得了創(chuàng)新性成果，并成功應用于實際工程中。同時，國內(nèi)也積極借鑒國外先進技術(shù)和經(jīng)驗，不斷完善和優(yōu)化自身的繼電保護技術(shù)體系。盡管國內(nèi)外在大型發(fā)-變組繼電保護方面取得了諸多成果，但仍存在一些不足之處和待解決的問題。一方面，隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，大型發(fā)-變組的運行環(huán)境變得更加復雜，新能源接入、電網(wǎng)互聯(lián)等因素給繼電保護帶來了新的挑戰(zhàn)，如新能源發(fā)電的間歇性和波動性可能導致發(fā)-變組的運行參數(shù)發(fā)生變化，影響繼電保護裝置的正常工作。現(xiàn)有保護原理和算法在應對這些復雜情況時，可能存在適應性不足的問題，需要進一步研究和改進。另一方面，保護裝置的可靠性和穩(wěn)定性仍有待提高，雖然微機保護裝置已得到廣泛應用，但在實際運行中，仍可能受到電磁干擾、硬件故障等因素的影響，導致保護裝置誤動或拒動。此外，在保護裝置的智能化程度方面，雖然已經(jīng)引入了人工智能技術(shù)，但目前的應用還不夠成熟，需要進一步深入研究，以充分發(fā)揮人工智能在繼電保護中的優(yōu)勢，提高保護裝置的智能化水平和決策能力。1.3研究方法與創(chuàng)新點在本研究中，綜合運用了多種研究方法，以確保對大型發(fā)-變組繼電保護若干問題的研究全面、深入且具有實際應用價值。文獻研究法是本研究的重要基礎。通過廣泛查閱國內(nèi)外關(guān)于大型發(fā)-變組繼電保護的學術(shù)文獻、技術(shù)報告、行業(yè)標準以及相關(guān)的研究著作等資料，全面了解該領域的研究現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢以及已取得的研究成果和存在的問題。梳理了從早期繼電保護技術(shù)的發(fā)展歷程到現(xiàn)代先進的保護原理和技術(shù)應用，分析了不同保護方案的優(yōu)缺點和適用范圍。例如，對基于人工智能技術(shù)的繼電保護方法的相關(guān)文獻進行深入研究，了解其在實際應用中的效果和面臨的挑戰(zhàn)，為后續(xù)研究提供了理論依據(jù)和研究思路。案例分析法在研究中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。收集和分析了多個實際電力系統(tǒng)中大型發(fā)-變組的運行案例，包括正常運行狀態(tài)和故障狀態(tài)下的案例。對某大型發(fā)電廠發(fā)-變組發(fā)生的一次短路故障案例進行詳細分析，研究故障發(fā)生的原因、過程以及現(xiàn)有繼電保護裝置的動作情況。通過對這些案例的深入剖析，總結(jié)出實際運行中發(fā)-變組繼電保護存在的問題和需要改進的方向，同時也驗證了理論研究成果在實際工程中的可行性和有效性。理論分析與仿真驗證相結(jié)合的方法貫穿于整個研究過程。從理論層面深入研究大型發(fā)-變組的故障特性、繼電保護原理以及各種保護算法。建立了發(fā)-變組的數(shù)學模型，對不同故障類型下的電氣量變化進行理論推導和分析，為保護方案的設計提供理論基礎。同時，利用專業(yè)的電力系統(tǒng)仿真軟件，如MATLAB/Simulink等，搭建了大型發(fā)-變組及其繼電保護系統(tǒng)的仿真模型。通過設置各種故障場景，對所提出的保護方案和算法進行仿真驗證，觀察保護裝置的動作行為和性能指標，如動作時間、靈敏度、可靠性等。根據(jù)仿真結(jié)果對保護方案進行優(yōu)化和改進，確保其滿足實際工程需求。本研究在大型發(fā)-變組繼電保護領域具有以下創(chuàng)新點：提出了一種基于多源信息融合的自適應繼電保護配置方案。該方案充分考慮了電力系統(tǒng)運行過程中的各種不確定性因素，如新能源接入、電網(wǎng)運行方式變化等，通過融合發(fā)-變組的電氣量信息、設備狀態(tài)監(jiān)測信息以及電網(wǎng)運行信息等多源數(shù)據(jù)，利用先進的數(shù)據(jù)分析和處理技術(shù)，實現(xiàn)對發(fā)-變組運行狀態(tài)的實時評估和故障的準確預測。根據(jù)評估結(jié)果自適應地調(diào)整繼電保護的整定值和動作策略，提高了保護裝置的適應性和可靠性，能夠更好地應對復雜多變的電力系統(tǒng)運行環(huán)境。提出了一種基于多源信息融合的自適應繼電保護配置方案。該方案充分考慮了電力系統(tǒng)運行過程中的各種不確定性因素，如新能源接入、電網(wǎng)運行方式變化等，通過融合發(fā)-變組的電氣量信息、設備狀態(tài)監(jiān)測信息以及電網(wǎng)運行信息等多源數(shù)據(jù)，利用先進的數(shù)據(jù)分析和處理技術(shù)，實現(xiàn)對發(fā)-變組運行狀態(tài)的實時評估和故障的準確預測。根據(jù)評估結(jié)果自適應地調(diào)整繼電保護的整定值和動作策略，提高了保護裝置的適應性和可靠性，能夠更好地應對復雜多變的電力系統(tǒng)運行環(huán)境。在保護算法方面，引入了深度學習算法中的卷積神經(jīng)網(wǎng)絡（CNN）和長短期記憶網(wǎng)絡（LSTM）相結(jié)合的模型，用于故障特征提取和識別。傳統(tǒng)的繼電保護算法在處理復雜故障時，往往存在特征提取不全面、識別準確率低等問題。而CNN具有強大的圖像特征提取能力，能夠有效地提取故障信號中的局部特征；LSTM則擅長處理時間序列數(shù)據(jù)，能夠捕捉故障信號的長期依賴關(guān)系。將兩者結(jié)合，構(gòu)建了一種新的故障識別模型，該模型能夠更準確地識別不同類型的故障，并快速做出保護動作決策，大大提高了繼電保護的動作準確性和快速性。針對大型發(fā)-變組繼電保護裝置的可靠性問題，提出了一種基于故障樹分析（FTA）和貝葉斯網(wǎng)絡（BN）的可靠性評估方法。通過建立保護裝置的故障樹模型，分析導致保護裝置故障的各種因素及其邏輯關(guān)系。在此基礎上，利用BN對故障樹模型進行轉(zhuǎn)化和推理，考慮了各種因素之間的不確定性和相關(guān)性，能夠更準確地評估保護裝置的可靠性指標，如故障概率、平均無故障時間等。根據(jù)評估結(jié)果，提出針對性的可靠性提升措施，為保障大型發(fā)-變組繼電保護裝置的可靠運行提供了有力支持。二、大型發(fā)-變組繼電保護基礎理論2.1發(fā)-變組基本結(jié)構(gòu)與運行特性大型發(fā)-變組通常由發(fā)電機、變壓器以及相關(guān)的勵磁系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)等部分構(gòu)成，各部分相互協(xié)作，共同完成電能的生產(chǎn)和傳輸任務。發(fā)電機是發(fā)-變組的核心部件，其基本結(jié)構(gòu)包括定子、轉(zhuǎn)子、端蓋及軸承等。定子由定子鐵芯、定子繞組和機座組成。定子鐵芯作為電機磁路的一部分，通常由導磁性能良好的硅鋼片疊壓而成，以減少鐵芯中的渦流損耗和磁滯損耗。定子繞組則是產(chǎn)生感應電動勢的部分，采用絕緣導線繞制而成，按照一定的規(guī)律分布在定子鐵芯的槽內(nèi)。機座主要用于支撐和固定定子鐵芯和繞組，同時也是發(fā)電機的外殼，起到防護和散熱的作用。轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵芯、勵磁繞組、護環(huán)和中心環(huán)等組成。轉(zhuǎn)子鐵芯一般由高強度、導磁性能好的合金鋼鍛件制成，勵磁繞組則安裝在轉(zhuǎn)子鐵芯的槽內(nèi)，通過通入直流電流產(chǎn)生磁場。護環(huán)用于保護勵磁繞組的端部，防止其在高速旋轉(zhuǎn)時因離心力而損壞，中心環(huán)則起到支撐護環(huán)和防止繞組端部軸向移動的作用。變壓器在發(fā)-變組中承擔著電壓變換的重要任務，其結(jié)構(gòu)主要包括鐵芯、繞組、油箱、冷卻裝置和保護裝置等。鐵芯是變壓器的磁路部分，通常采用硅鋼片疊成，以提高磁導率和減少鐵芯損耗。繞組是變壓器的電路部分，分為一次繞組和二次繞組，通過電磁感應原理實現(xiàn)電壓的變換。油箱用于盛裝變壓器油，變壓器油不僅起到絕緣作用，還能通過循環(huán)流動帶走繞組和鐵芯產(chǎn)生的熱量。冷卻裝置則進一步加強散熱效果，確保變壓器在正常運行溫度范圍內(nèi)工作，常見的冷卻方式有油浸自冷、油浸風冷、強迫油循環(huán)風冷和強迫油循環(huán)水冷等。保護裝置如瓦斯繼電器、壓力釋放閥等，用于監(jiān)測變壓器的運行狀態(tài)，在出現(xiàn)故障時及時發(fā)出信號或動作，保護變壓器設備安全。在正常運行狀態(tài)下，大型發(fā)-變組的電氣特性表現(xiàn)為：發(fā)電機輸出的三相交流電頻率穩(wěn)定，通常為50Hz（或60Hz，根據(jù)不同國家和地區(qū)的標準），電壓幅值在額定值附近波動，一般允許偏差范圍為±5%。三相電流對稱，且大小與發(fā)電機所帶負荷相關(guān)，負荷增加時電流增大，負荷減小時電流減小。變壓器一次側(cè)和二次側(cè)的電壓、電流關(guān)系符合變壓器的變比特性，即一次側(cè)電壓與二次側(cè)電壓之比等于一次側(cè)繞組匝數(shù)與二次側(cè)繞組匝數(shù)之比，一次側(cè)電流與二次側(cè)電流之比等于二次側(cè)繞組匝數(shù)與一次側(cè)繞組匝數(shù)之比。同時，變壓器的功率損耗較小，效率較高，一般大型電力變壓器的效率可達98%以上。當發(fā)-變組處于異常運行狀態(tài)時，其電氣特性會發(fā)生明顯變化。例如，在過負荷情況下，發(fā)電機和變壓器的電流會超過額定值，導致繞組溫度升高，絕緣老化加速。如果過負荷持續(xù)時間過長，可能會損壞設備絕緣，引發(fā)故障。當發(fā)生短路故障時，短路點附近的電流會急劇增大，可能達到額定電流的數(shù)倍甚至數(shù)十倍，同時電壓會大幅下降。相間短路時，三相電流不再對稱，出現(xiàn)較大的負序分量；單相接地短路時，會出現(xiàn)零序電流和零序電壓。此外，發(fā)電機失磁也是一種常見的異常運行狀態(tài)，此時發(fā)電機的勵磁電流減小或消失，導致發(fā)電機從系統(tǒng)吸收無功功率，有功功率輸出下降，機端電壓降低，同時定子電流增大，可能引起電力系統(tǒng)的振蕩和電壓崩潰。這些異常運行狀態(tài)下的電氣特性變化，為繼電保護裝置檢測故障和異常提供了重要依據(jù)。2.2繼電保護基本原理與功能繼電保護的基本原理是基于電力系統(tǒng)正常運行與故障或異常運行狀態(tài)下電氣量的顯著差異來實現(xiàn)對故障的檢測和判斷。當電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，電流、電壓、相位角、測量阻抗以及出現(xiàn)的非工頻分量等電氣量會發(fā)生明顯變化，繼電保護裝置正是利用這些變化特征來識別故障。電流保護是繼電保護中較為常見的一種類型，其原理基于故障時電流的變化。當電力系統(tǒng)發(fā)生短路故障時，故障點的電流會急劇增大，遠遠超過正常運行時的負荷電流。例如，在三相短路故障中，短路電流可能會達到額定電流的數(shù)倍甚至數(shù)十倍。電流保護通常包括過電流保護和電流速斷保護。過電流保護按照躲過被保護設備或線路中可能出現(xiàn)的最大負荷電流來整定，當電流超過整定值時，經(jīng)過一定的延時后動作，以切除故障設備或線路。其動作時間一般按階梯原則進行整定，即相鄰保護的動作時間自負荷向電源方向逐級增大，且每套保護的動作時間是恒定的，與短路電流的大小無關(guān)，這種特性被稱為定時限過電流保護。電流速斷保護則按照被保護設備或線路末端可能出現(xiàn)的最大短路電流來整定，當故障電流達到速斷保護的整定值時，保護裝置立即動作，以快速切除故障，理論上電流速斷保護沒有時限，即以零秒及以下時限動作來切斷斷路器。過電流保護和電流速斷保護常配合使用，過電流保護作為主保護的后備保護，用于切除主保護拒動或保護范圍外的故障；電流速斷保護則作為主保護，快速切除近處的短路故障，兩者相互配合，提高了保護的可靠性和速動性。電壓保護是根據(jù)系統(tǒng)電壓發(fā)生異常或故障時的變化而動作的繼電保護。在電力系統(tǒng)中，由于雷擊、高電位侵入、事故過電壓、操作過電壓等原因，可能會導致電壓升高，當電壓超過一定值時，可能會對電氣設備造成損壞。過電壓保護就是為了防止這種情況的發(fā)生，當檢測到電壓高于整定值時，保護裝置動作，采取相應措施，如切斷電路或投入過電壓保護設備（如避雷器），以保護電氣設備免受過高電壓的損害。相反，欠電壓保護則是為了防止電壓突然降低致使電氣設備的正常運行受損而設置的。當電壓低于整定值時，欠電壓保護裝置動作，通常會發(fā)出信號或切斷對一些對電壓要求較高設備的供電，以避免設備在低電壓下運行而損壞。零序電壓保護主要用于三相三線制中性點絕緣（不接地）的電力系統(tǒng)中，防止變壓器一相絕緣破壞造成單相接地故障。當發(fā)生單相接地故障時，會出現(xiàn)零序電壓，零序電壓保護裝置檢測到零序電壓超過整定值時，就會動作，發(fā)出信號或采取相應的保護措施。差動保護是基于電流差異原理的一種重要繼電保護方式，常用于大型發(fā)-變組等重要設備的保護。它通過監(jiān)測被保護設備兩端的電流，當兩端電流差超過設定值時，就會動作切斷故障電路。以變壓器差動保護為例，在正常運行或區(qū)外故障時，變壓器各側(cè)電流互感器的二次電流大小和相位基本相同，流入差動繼電器的差動電流接近于零，保護裝置不動作。但當變壓器內(nèi)部發(fā)生故障時，如繞組短路等，故障點會出現(xiàn)額外的短路電流，使得變壓器各側(cè)電流互感器的二次電流大小和相位發(fā)生變化，流入差動繼電器的差動電流增大，當超過差動保護的整定值時，保護裝置迅速動作，跳開變壓器各側(cè)斷路器，將故障設備從系統(tǒng)中切除。差動保護具有動作迅速、靈敏度高的特點，能夠快速準確地檢測并隔離被保護設備內(nèi)部的故障，是電力系統(tǒng)常用的主保護之一。距離保護是一種常見的電力系統(tǒng)保護方式，它通過測量故障發(fā)生點與保護裝置之間的距離來確定故障的類型和嚴重程度，從而實現(xiàn)對電力系統(tǒng)的快速隔離。距離保護系統(tǒng)通常由電流互感器、電壓互感器和繼電器組成。其工作原理是利用故障時測量點的電壓與電流比值（即測量阻抗）的變化來判斷故障距離。在正常運行時，測量阻抗較大；當發(fā)生短路故障時，故障點附近的電壓降低，電流增大，測量阻抗減小。距離保護裝置根據(jù)預設的動作特性曲線，將測量阻抗與整定值進行比較，當測量阻抗小于整定值時，判斷為故障發(fā)生在保護范圍內(nèi)，保護裝置動作，發(fā)出跳閘指令，切除故障線路。距離保護不受系統(tǒng)運行方式變化的影響，能夠在不同運行方式下準確地保護線路全長，具有較高的可靠性和選擇性。繼電保護在電力系統(tǒng)中承擔著至關(guān)重要的功能，主要包括故障切除、異常告警以及維持系統(tǒng)穩(wěn)定等方面。當電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，繼電保護裝置能夠自動、迅速、有選擇性地將故障元件從系統(tǒng)中切除，這是繼電保護最基本也是最重要的功能。迅速切除故障可以防止故障進一步擴大，減少對其他設備的損害，保護設備免受損壞，延長設備使用壽命。在發(fā)電機發(fā)生相間短路故障時，繼電保護裝置應在極短的時間內(nèi)（通常為毫秒級）動作，跳開發(fā)電機的出口斷路器，將故障發(fā)電機從系統(tǒng)中隔離，避免短路電流對發(fā)電機繞組和其他部件造成嚴重損壞。同時，快速切除故障還有助于提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，減少停電范圍，確保電力系統(tǒng)的其他部分能夠繼續(xù)正常運行。例如，在電網(wǎng)發(fā)生故障時，及時切除故障線路可以防止故障蔓延，避免引發(fā)大面積停電事故，保障其他用戶的正常用電。對于一些不正常運行狀態(tài)，如過負荷、失磁、過電壓、欠電壓等，繼電保護裝置可以發(fā)出警報信號，提醒值班人員及時處理。當發(fā)電機出現(xiàn)過負荷運行時，繼電保護裝置檢測到電流超過額定值，會發(fā)出過負荷告警信號，運行人員可以根據(jù)信號采取相應措施，如調(diào)整發(fā)電機的出力、轉(zhuǎn)移負荷等，以避免發(fā)電機因長時間過負荷而損壞。同樣，當發(fā)電機發(fā)生失磁故障時，繼電保護裝置會發(fā)出失磁告警信號，運行人員可以根據(jù)具體情況采取降低原動機出力、檢查勵磁系統(tǒng)等措施，使機組恢復正常運行，避免不必要的事故停機。通過及時發(fā)現(xiàn)和處理這些異常運行狀態(tài)，可以有效地預防故障的發(fā)生，提高電力系統(tǒng)的可靠性和安全性。繼電保護裝置的可靠動作是維持電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行的關(guān)鍵因素之一。在電力系統(tǒng)受到擾動時，如發(fā)生短路故障、負荷突變等，繼電保護裝置能夠快速準確地動作，切除故障設備或調(diào)整系統(tǒng)運行方式，有助于維持電力系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定、頻率穩(wěn)定和功角穩(wěn)定，防止系統(tǒng)發(fā)生振蕩或崩潰。在電力系統(tǒng)發(fā)生短路故障導致電壓大幅下降時，繼電保護裝置迅速切除故障線路，使系統(tǒng)電壓能夠盡快恢復，保證電動機等設備能夠正常自啟動并迅速恢復正常運行，從而減少對用戶的影響。此外，繼電保護裝置還可以與其他安全自動裝置（如自動重合閘、低頻減載裝置等）配合工作，進一步提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。2.3繼電保護裝置構(gòu)成與工作流程繼電保護裝置主要由硬件和軟件兩大部分構(gòu)成，它們協(xié)同工作，確保在電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障或異常時能夠迅速、準確地做出反應。硬件部分是繼電保護裝置的物理基礎，承擔著信號采集、處理和執(zhí)行保護動作的任務，主要包含以下幾個關(guān)鍵組件：數(shù)據(jù)采集單元：主要由電流互感器（CT）和電壓互感器（PT）組成，其作用是將電力系統(tǒng)中的高電壓、大電流轉(zhuǎn)換為適合后續(xù)處理的低電壓、小電流信號。這些互感器具有高精度和良好的線性度，能夠準確地反映一次側(cè)電氣量的變化。在大型發(fā)-變組中，CT和PT的選擇需要根據(jù)發(fā)-變組的額定參數(shù)、短路電流水平等因素進行合理配置，以確保采集到的信號準確可靠。例如，對于額定電流為10kA的發(fā)-變組，需要選擇合適變比的CT，如5000/5A，將大電流轉(zhuǎn)換為便于測量和處理的小電流。此外，還可能包括一些傳感器，用于采集非電氣量信號，如變壓器的油溫、瓦斯壓力等，以提供更全面的設備狀態(tài)信息。數(shù)據(jù)處理單元：通常以微處理器（如數(shù)字信號處理器DSP、微控制器MCU等）為核心，負責對采集到的電氣量和非電氣量數(shù)據(jù)進行快速、準確的運算和分析。這些微處理器具有強大的數(shù)據(jù)處理能力和高速的運算速度，能夠在短時間內(nèi)完成復雜的算法計算。它會根據(jù)預設的保護算法和邏輯，對數(shù)據(jù)進行處理和判斷，如計算電流、電壓的幅值、相位、功率等參數(shù)，以及進行故障特征提取和識別。例如，在基于小波變換的故障檢測算法中，微處理器需要對采集到的信號進行小波分解，提取故障信號的特征頻段，以判斷是否發(fā)生故障以及故障的類型和位置。通信接口單元：實現(xiàn)繼電保護裝置與其他設備（如監(jiān)控系統(tǒng)、調(diào)度中心、其他保護裝置等）之間的數(shù)據(jù)傳輸和通信。常見的通信接口包括以太網(wǎng)接口、RS-485接口、光纖接口等，不同的接口適用于不同的通信距離和通信速率要求。通過通信接口，繼電保護裝置可以將采集到的數(shù)據(jù)、保護動作信息等實時上傳至監(jiān)控系統(tǒng)，以便運行人員及時了解設備運行狀態(tài)和保護動作情況。同時，也可以接收來自監(jiān)控系統(tǒng)或調(diào)度中心的控制命令，實現(xiàn)遠程控制和參數(shù)調(diào)整。例如，當監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)發(fā)-變組的運行參數(shù)異常時，可以通過通信接口向繼電保護裝置發(fā)送查詢命令，獲取詳細的故障信息；調(diào)度中心也可以根據(jù)電力系統(tǒng)的運行情況，通過通信接口遠程調(diào)整繼電保護裝置的整定值。執(zhí)行單元：當數(shù)據(jù)處理單元判斷電力系統(tǒng)發(fā)生故障或異常且滿足保護動作條件時，執(zhí)行單元會迅速動作，執(zhí)行相應的保護操作。執(zhí)行單元通常由繼電器、接觸器等開關(guān)設備組成，它們能夠快速切斷或閉合電路，實現(xiàn)對故障設備的隔離或?qū)Ξ惓＿\行狀態(tài)的調(diào)整。例如，在發(fā)-變組發(fā)生短路故障時，執(zhí)行單元會控制出口繼電器動作，跳開發(fā)-變組的斷路器，將故障設備從系統(tǒng)中切除，以保護設備和系統(tǒng)的安全。此外，執(zhí)行單元還可能包括一些信號指示裝置，如指示燈、蜂鳴器等，用于指示保護動作狀態(tài)和發(fā)出報警信號。電源單元：為整個繼電保護裝置提供穩(wěn)定、可靠的電源，確保裝置在各種運行條件下都能正常工作。電源單元通常采用直流電源，如蓄電池組或直流穩(wěn)壓電源，以保證在交流電源故障時，繼電保護裝置仍能正常運行一段時間，完成必要的保護動作。同時，電源單元還需要具備良好的抗干擾能力和過壓、過流保護功能，以防止外部干擾和電源故障對裝置造成損壞。例如，在電力系統(tǒng)發(fā)生短路故障時，可能會引起電源電壓的波動和干擾，電源單元需要能夠有效抑制這些干擾，確保裝置的正常運行。軟件部分是繼電保護裝置的核心，它賦予了裝置智能化的決策能力和靈活的保護功能，主要包括以下幾個模塊：數(shù)據(jù)處理軟件：負責對數(shù)據(jù)采集單元傳來的數(shù)據(jù)進行預處理、濾波、計算等操作，以提高數(shù)據(jù)的準確性和可靠性。常見的數(shù)據(jù)處理算法包括數(shù)字濾波算法（如低通濾波、高通濾波、帶通濾波等），用于去除信號中的噪聲和干擾；有效值計算算法，用于計算電流、電壓的有效值；相位計算算法，用于計算電流、電壓之間的相位差等。例如，通過低通濾波算法可以濾除信號中的高頻噪聲，使采集到的電氣量數(shù)據(jù)更加準確，為后續(xù)的故障判斷和保護決策提供可靠依據(jù)。保護邏輯軟件：是繼電保護裝置的核心算法模塊，根據(jù)電力系統(tǒng)的運行特點和故障特性，實現(xiàn)各種保護原理和邏輯。不同類型的保護（如差動保護、過流保護、距離保護等）都有其相應的保護邏輯軟件。以差動保護邏輯軟件為例，它會實時比較被保護設備兩端的電流大小和相位，當兩者差值超過設定的差動閾值時，判斷為設備內(nèi)部發(fā)生故障，觸發(fā)保護動作。保護邏輯軟件還需要考慮各種復雜的運行情況和故障場景，如系統(tǒng)振蕩、CT飽和、PT斷線等，通過相應的邏輯判斷和算法處理，避免保護裝置的誤動和拒動。故障診斷軟件：利用人工智能、機器學習等技術(shù)，對電力系統(tǒng)的故障進行診斷和分析。它可以根據(jù)采集到的多源數(shù)據(jù)（包括電氣量數(shù)據(jù)、設備狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)等），結(jié)合歷史故障數(shù)據(jù)和經(jīng)驗知識，建立故障診斷模型，實現(xiàn)對故障類型、故障位置和故障原因的準確判斷。例如，基于神經(jīng)網(wǎng)絡的故障診斷軟件，通過對大量歷史故障數(shù)據(jù)的學習和訓練，能夠快速準確地識別出不同類型的故障，并提供相應的故障處理建議，為運行人員的故障排查和修復提供有力支持。人機交互軟件：提供友好的用戶界面，方便運行人員對繼電保護裝置進行操作、監(jiān)控和管理。通過人機交互軟件，運行人員可以實時查看電力系統(tǒng)的運行參數(shù)、保護裝置的狀態(tài)信息、故障報警信息等；還可以進行保護定值的設置、修改和查詢，以及對保護裝置進行遠程控制和調(diào)試。人機交互軟件通常采用圖形化界面設計，直觀簡潔，易于操作。例如，運行人員可以通過人機交互軟件的界面，直觀地看到發(fā)-變組的實時電流、電壓曲線，以及保護裝置的動作指示燈，快速了解設備的運行狀態(tài)和保護動作情況。繼電保護裝置從故障檢測到動作執(zhí)行的工作流程如下：故障檢測：數(shù)據(jù)采集單元實時采集電力系統(tǒng)中發(fā)-變組的電氣量和非電氣量信號，并將這些信號傳輸至數(shù)據(jù)處理單元。數(shù)據(jù)處理單元對采集到的數(shù)據(jù)進行預處理和計算，提取相關(guān)特征量。通過計算電流的幅值、相位，電壓的有效值等。然后，將處理后的數(shù)據(jù)傳輸至保護邏輯軟件模塊。保護邏輯軟件根據(jù)預設的保護原理和邏輯，對數(shù)據(jù)進行分析判斷。在過流保護中，保護邏輯軟件會將計算得到的電流幅值與設定的過流閾值進行比較，如果電流幅值超過閾值，則判斷可能發(fā)生了過流故障。故障判斷：當保護邏輯軟件判斷可能發(fā)生故障時，會進一步結(jié)合其他條件進行綜合判斷，以提高故障判斷的準確性。在判斷相間短路故障時，不僅要考慮電流的大小，還要考慮三相電流的對稱性、相位關(guān)系等因素。如果經(jīng)過綜合判斷，確定發(fā)生了故障，保護邏輯軟件會根據(jù)故障類型和嚴重程度，確定相應的保護動作策略。例如，對于輕微的故障，可能只發(fā)出報警信號；對于嚴重的故障，則需要立即觸發(fā)保護動作，切除故障設備。動作執(zhí)行：保護邏輯軟件確定保護動作策略后，會向執(zhí)行單元發(fā)出控制信號。執(zhí)行單元接收到信號后，迅速動作，執(zhí)行相應的保護操作。跳開發(fā)-變組的斷路器，將故障設備從系統(tǒng)中隔離；或者啟動備用設備，維持電力系統(tǒng)的正常運行。同時，執(zhí)行單元還會觸發(fā)信號指示裝置，發(fā)出報警信號，通知運行人員及時處理故障。信息反饋：在保護裝置動作后，通信接口單元會將保護動作信息（包括故障類型、動作時間、動作設備等）傳輸至監(jiān)控系統(tǒng)和調(diào)度中心。監(jiān)控系統(tǒng)和調(diào)度中心可以根據(jù)這些信息，對電力系統(tǒng)的運行狀態(tài)進行評估和分析，采取相應的措施進行恢復和調(diào)整。同時，故障診斷軟件也會對保護動作后的系統(tǒng)數(shù)據(jù)進行分析，進一步確定故障原因和故障范圍，為后續(xù)的故障修復和設備維護提供依據(jù)。三、大型發(fā)-變組繼電保護存在問題分析3.1保護配置不合理3.1.1主保護與后備保護配合不當在大型發(fā)-變組繼電保護中，主保護與后備保護的合理配合是確保電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。主保護的作用是在被保護設備發(fā)生故障時，能夠迅速、準確地動作，快速切除故障，以最大限度地減少故障對設備和系統(tǒng)的損害。后備保護則是在主保護拒動或保護范圍外發(fā)生故障時，作為備用保護措施，動作切除故障，起到補充和后備的作用。然而，在實際運行中，主保護與后備保護在動作時間和靈敏度配合上存在諸多問題，嚴重影響了繼電保護系統(tǒng)的可靠性和有效性。以某大型發(fā)電廠的發(fā)-變組為例，該發(fā)-變組采用了差動保護作為主保護，過電流保護作為后備保護。在一次運行過程中，發(fā)-變組內(nèi)部發(fā)生了相間短路故障。正常情況下，差動保護應迅速動作，跳開發(fā)-變組的斷路器，將故障設備從系統(tǒng)中隔離。但由于差動保護裝置中的某個元件出現(xiàn)故障，導致差動保護拒動。此時，按照保護配置的要求，過電流保護作為后備保護應及時動作，切除故障。然而，由于過電流保護的動作時間整定過長，未能在規(guī)定時間內(nèi)動作，使得故障電流持續(xù)存在，對發(fā)-變組造成了嚴重的損壞，最終導致發(fā)-變組被迫停機檢修，給發(fā)電廠帶來了巨大的經(jīng)濟損失。經(jīng)調(diào)查分析，造成此次事故的主要原因是主保護與后備保護在動作時間配合上存在問題。在該發(fā)-變組的保護配置中，過電流保護的動作時間是按照躲過最大負荷電流和與相鄰線路保護配合的原則進行整定的，整定值較大，動作時間較長。在主保護拒動的情況下，過電流保護無法及時動作，無法滿足快速切除故障的要求。此外，在靈敏度方面，過電流保護的靈敏度相對較低，對于一些輕微故障可能無法及時檢測到并動作，從而導致故障的擴大。再如，在另一個實際案例中，某變電站的主變壓器發(fā)生了繞組短路故障。主保護中的差動保護由于CT（電流互感器）飽和問題，未能正確動作。而后備保護中的復合電壓過流保護，由于其靈敏度設置不合理，在故障發(fā)生時，測量到的電壓和電流變化未達到其動作閾值，導致后備保護也未能及時動作。最終，故障持續(xù)發(fā)展，造成主變壓器嚴重損壞，影響了整個變電站的正常供電。為了解決主保護與后備保護配合不當?shù)膯栴}，需要從多個方面入手。在保護整定計算方面，應充分考慮電力系統(tǒng)的各種運行方式和故障情況，合理確定主保護和后備保護的動作時間和整定值。采用更精確的計算方法和模型，考慮系統(tǒng)的動態(tài)特性和不確定性因素，確保保護裝置在各種情況下都能正確動作。同時，應加強對保護裝置的校驗和維護，定期對保護裝置進行檢測和調(diào)試，確保其性能可靠，動作準確。此外，還可以引入智能化的保護配置和管理系統(tǒng)，利用先進的數(shù)據(jù)分析和決策技術(shù)，實現(xiàn)對主保護和后備保護的實時監(jiān)測和優(yōu)化調(diào)整，提高保護系統(tǒng)的整體性能和可靠性。3.1.2部分保護功能缺失隨著大型發(fā)-變組的容量不斷增大，結(jié)構(gòu)和運行特性日益復雜，對繼電保護的要求也越來越高。然而，在實際的繼電保護配置中，仍然存在部分保護功能缺失的情況，這給發(fā)-變組的安全運行帶來了潛在風險。對于某些特殊故障，如變壓器繞組變形故障，現(xiàn)有的繼電保護裝置往往缺乏有效的保護手段。變壓器繞組變形是指變壓器在運行過程中，由于受到短路電流的沖擊、振動、溫度變化等因素的影響，導致繞組的幾何形狀發(fā)生改變。繞組變形可能會引起繞組的絕緣性能下降，進而引發(fā)短路故障，嚴重威脅變壓器的安全運行。目前，雖然一些變壓器配備了繞組變形監(jiān)測裝置，但這些裝置主要用于監(jiān)測繞組變形的程度，而不是直接作為保護功能。在繞組變形初期，當變形程度尚未達到監(jiān)測裝置的報警閾值時，繼電保護裝置可能無法及時檢測到故障并采取保護措施，從而導致故障的進一步發(fā)展。例如，某大型變壓器在運行過程中，由于遭受多次短路電流的沖擊，繞組逐漸發(fā)生變形。在變形初期，繞組的電氣參數(shù)變化不明顯，常規(guī)的繼電保護裝置無法檢測到異常。隨著變形程度的加劇，繞組的絕緣性能逐漸下降，最終引發(fā)了相間短路故障。由于在繞組變形階段缺乏有效的保護措施，導致故障未能及時發(fā)現(xiàn)和處理，造成了變壓器的嚴重損壞。此外，對于一些新型的發(fā)-變組故障，如由新能源接入引起的電力系統(tǒng)振蕩和諧波問題，現(xiàn)有的繼電保護功能也存在不足。新能源發(fā)電具有間歇性和波動性的特點，當大量新能源接入電力系統(tǒng)后，可能會導致系統(tǒng)的電壓、頻率和相位發(fā)生波動，引發(fā)電力系統(tǒng)振蕩。同時，新能源發(fā)電設備產(chǎn)生的諧波也會對電力系統(tǒng)的電氣設備和繼電保護裝置產(chǎn)生影響。目前，大多數(shù)繼電保護裝置在設計時并未充分考慮這些因素，對于由新能源接入引起的故障，可能無法準確判斷和快速動作，影響了發(fā)-變組的安全穩(wěn)定運行。為了解決部分保護功能缺失的問題，需要加強對新型故障和特殊故障的研究，開發(fā)針對性的保護功能和技術(shù)。利用先進的信號處理技術(shù)和故障診斷方法，對變壓器繞組變形等故障進行早期檢測和預警，實現(xiàn)對這些故障的有效保護。同時，應針對新能源接入帶來的新問題，對繼電保護裝置進行升級和改進，提高其對復雜故障的適應能力和動作準確性。引入自適應保護技術(shù)，根據(jù)電力系統(tǒng)的運行狀態(tài)和故障特征，自動調(diào)整保護裝置的整定值和動作策略，以更好地應對新能源接入等復雜情況。此外，還可以加強對繼電保護裝置的研發(fā)和創(chuàng)新，探索新的保護原理和方法，不斷完善繼電保護的功能體系，提高大型發(fā)-變組繼電保護的整體水平。3.2保護性能受干擾3.2.1電磁干擾影響在大型發(fā)-變組運行環(huán)境中，存在著多種來源的電磁干擾，這些干擾對繼電保護裝置的正常運行構(gòu)成了嚴重威脅，可能導致保護裝置誤動作，進而影響電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。雷擊是一種常見且強大的電磁干擾源。當電力系統(tǒng)遭受雷擊時，會在瞬間產(chǎn)生極高的電壓和電流沖擊，形成強烈的電磁脈沖。這些電磁脈沖通過傳導、輻射等方式耦合到繼電保護裝置的二次回路中，可能會對裝置內(nèi)部的電子元件造成損壞，或者干擾裝置的正常信號傳輸和處理。某變電站在一次雷暴天氣中，由于雷擊附近的輸電線路，產(chǎn)生的電磁干擾導致站內(nèi)發(fā)-變組的繼電保護裝置誤動作，使原本正常運行的發(fā)-變組突然跳閘，造成了局部地區(qū)的停電事故。經(jīng)分析，雷擊產(chǎn)生的電磁脈沖通過電流互感器和電壓互感器的二次電纜進入保護裝置，干擾了裝置的采樣和計算過程，使得保護裝置錯誤地判斷發(fā)-變組發(fā)生故障，從而發(fā)出跳閘指令。高頻信號干擾也是影響繼電保護裝置性能的重要因素之一。在電力系統(tǒng)中，通信設備、高頻開關(guān)電源等會產(chǎn)生高頻信號，這些高頻信號如果與繼電保護裝置的工作頻率相近或處于其通頻帶內(nèi)，就可能會對保護裝置造成干擾。例如，某發(fā)電廠在進行通信系統(tǒng)升級改造后，新安裝的高頻通信設備產(chǎn)生的高頻信號對發(fā)-變組的繼電保護裝置產(chǎn)生了干擾，導致保護裝置頻繁發(fā)出錯誤的報警信號。進一步檢查發(fā)現(xiàn)，高頻通信設備產(chǎn)生的高頻信號通過空間輻射和電纜傳導的方式進入繼電保護裝置，干擾了裝置內(nèi)部的信號處理電路，使得裝置對正常運行狀態(tài)下的電氣量信號產(chǎn)生誤判，從而發(fā)出錯誤報警。變電站中的倒閘操作同樣會產(chǎn)生電磁干擾。在倒閘操作過程中，斷路器、隔離開關(guān)等設備的分合閘動作會引起電流和電壓的劇烈變化，產(chǎn)生暫態(tài)的電磁干擾。這種電磁干擾可能會導致繼電保護裝置的測量誤差增大，甚至使保護裝置誤動作。某變電站在進行母線倒閘操作時，由于操作過程中產(chǎn)生的電磁干擾，使得發(fā)-變組的差動保護裝置出現(xiàn)誤動作，將正常運行的發(fā)-變組切除。分析原因可知，倒閘操作產(chǎn)生的電磁干擾使得電流互感器的二次側(cè)出現(xiàn)暫態(tài)的電流畸變，差動保護裝置接收到畸變的電流信號后，計算出的差動電流超過了整定值，從而導致保護裝置誤動作。為了降低電磁干擾對繼電保護裝置的影響，需要采取一系列有效的防護措施。在硬件方面，可以采用屏蔽技術(shù)，對繼電保護裝置及其二次回路進行屏蔽，減少外部電磁干擾的侵入。使用屏蔽電纜傳輸信號，將電纜的屏蔽層可靠接地，能夠有效阻擋電磁干擾的傳導。同時，合理設計保護裝置的硬件電路，提高其抗干擾能力，如增加濾波電路，去除信號中的高頻干擾成分；采用抗干擾性能好的電子元件，提高裝置的可靠性。在軟件方面，可以通過優(yōu)化保護算法，增強保護裝置對干擾信號的識別和處理能力。采用數(shù)字濾波算法對采集到的信號進行處理，去除干擾信號的影響；利用故障特征識別技術(shù)，提高保護裝置對故障信號的準確判斷能力，避免因干擾信號而導致的誤動作。此外，還應加強對繼電保護裝置的運行維護和監(jiān)測，定期對裝置進行檢測和校驗，及時發(fā)現(xiàn)并處理因電磁干擾引起的問題，確保保護裝置的正常運行。3.2.2電流、電壓互感器誤差影響電流、電壓互感器作為繼電保護裝置獲取電氣量信息的關(guān)鍵設備，其誤差對保護測量精度和動作準確性有著至關(guān)重要的影響。在實際運行中，電流、電壓互感器可能會出現(xiàn)飽和、變比誤差等問題，這些問題會導致繼電保護裝置接收到的電氣量信號失真，從而影響保護裝置的正常工作。電流互感器飽和是一個常見的問題，它會對繼電保護裝置產(chǎn)生嚴重影響。當電力系統(tǒng)發(fā)生短路故障時，短路電流會急劇增大，可能使電流互感器鐵芯飽和。在鐵芯飽和狀態(tài)下，電流互感器的勵磁電流會急劇增加，導致其二次電流不能準確反映一次電流的變化，出現(xiàn)嚴重的畸變和誤差。這會使得繼電保護裝置測量到的電流值與實際值偏差較大，可能導致保護裝置誤動作或拒動。以差動保護為例，在正常運行時，電流互感器的二次電流能夠準確反映一次電流，差動保護裝置根據(jù)兩側(cè)電流的差值來判斷是否發(fā)生故障。但當電流互感器飽和時，兩側(cè)電流互感器的飽和程度可能不同，導致二次電流的畸變程度也不同，使得差動保護裝置計算出的差動電流出現(xiàn)異常，可能超過整定值，從而導致保護裝置誤動作。某變電站的發(fā)-變組在發(fā)生區(qū)外短路故障時，由于故障電流過大，使得電流互感器飽和，導致差動保護裝置誤動作，將正常運行的發(fā)-變組切除，造成了嚴重的停電事故。經(jīng)分析，故障發(fā)生時，電流互感器的飽和使得二次電流嚴重畸變，差動保護裝置接收到錯誤的電流信號，錯誤地判斷發(fā)-變組內(nèi)部發(fā)生故障，從而發(fā)出跳閘指令。變比誤差也是電流、電壓互感器常見的誤差類型之一。變比誤差是指互感器的實際變比與標稱變比之間的差異。這種誤差可能是由于互感器制造工藝的不完善、長期運行導致的參數(shù)變化等原因引起的。當存在變比誤差時，繼電保護裝置測量到的電氣量數(shù)值與實際值不符，會影響保護裝置的動作準確性。在距離保護中，保護裝置通過測量電壓和電流的比值來計算故障距離。如果電流互感器或電壓互感器存在變比誤差，會導致測量到的電壓和電流不準確，從而使計算出的故障距離出現(xiàn)偏差。當故障距離的計算偏差較大時，可能會導致距離保護裝置誤動作，如將區(qū)外故障判斷為區(qū)內(nèi)故障，或者將區(qū)內(nèi)故障判斷為區(qū)外故障，影響電力系統(tǒng)的安全運行。某電力系統(tǒng)在進行設備檢修后，由于更換的電流互感器存在變比誤差，導致線路的距離保護裝置在正常運行時誤動作，切除了正常運行的線路。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，新更換的電流互感器實際變比與原互感器不同，但保護裝置的整定值未進行相應調(diào)整，使得保護裝置在測量電流時出現(xiàn)偏差，從而誤判故障距離，發(fā)出跳閘指令。此外，電流、電壓互感器的角誤差也會對繼電保護裝置產(chǎn)生影響。角誤差是指互感器二次側(cè)電流或電壓與一次側(cè)電流或電壓之間的相位差。當存在角誤差時，會導致繼電保護裝置測量到的相位關(guān)系與實際情況不符，影響保護裝置對故障的判斷和動作。在一些需要精確測量相位的保護裝置中，如相差動保護、方向保護等，角誤差可能會導致保護裝置誤動作。相差動保護通過比較兩側(cè)電流的相位來判斷故障，當角誤差較大時，可能會使兩側(cè)電流的相位差被誤判，從而導致保護裝置誤動作。為了減小電流、電壓互感器誤差對繼電保護裝置的影響，需要采取一系列措施。在互感器的選型和安裝過程中，應選擇精度高、穩(wěn)定性好的互感器，并嚴格按照安裝要求進行安裝，確保互感器的性能符合要求。同時，應定期對互感器進行校驗和維護，及時發(fā)現(xiàn)并糾正互感器的誤差。在保護裝置的設計和整定計算中，應充分考慮互感器誤差的影響，采用合適的算法和整定值，提高保護裝置對互感器誤差的適應能力。還可以采用一些技術(shù)手段來補償互感器的誤差，如通過軟件算法對測量數(shù)據(jù)進行修正，或者采用自適應保護技術(shù)，根據(jù)互感器的實際運行狀態(tài)自動調(diào)整保護裝置的參數(shù)，以提高保護裝置的準確性和可靠性。3.3保護整定計算困難3.3.1參數(shù)不確定性大型發(fā)-變組的參數(shù)在運行過程中并非固定不變，而是會受到多種因素的影響而發(fā)生變化，這給保護整定計算帶來了極大的困難。發(fā)-變組的鐵芯飽和程度會隨著運行工況的改變而變化，從而導致電感參數(shù)發(fā)生顯著變化。在發(fā)電機的啟動和停機過程中，以及在不同的負荷水平下，鐵芯的飽和程度會有所不同。當發(fā)電機處于滿負荷運行時，鐵芯的飽和程度較高，電感參數(shù)相對較??；而當發(fā)電機處于輕負荷運行時，鐵芯的飽和程度較低，電感參數(shù)相對較大。這種電感參數(shù)的變化會直接影響到繼電保護裝置的測量和計算結(jié)果，使得保護整定計算難以準確進行。例如，在距離保護中，電感參數(shù)的變化會導致測量阻抗的計算出現(xiàn)偏差，從而影響保護裝置對故障距離的判斷，可能導致保護裝置誤動作或拒動。溫度也是影響發(fā)-變組參數(shù)的重要因素之一。隨著發(fā)-變組運行時間的增加，設備內(nèi)部的溫度會逐漸升高，這會導致繞組的電阻增大，電感減小。據(jù)研究表明，當繞組溫度升高10℃時，電阻可能會增加約4%。電阻和電感的變化會改變發(fā)-變組的電氣特性，進而影響繼電保護裝置的性能。在電流保護中，電阻的增大可能會導致電流測量值偏小，從而使保護裝置的靈敏度降低，無法及時檢測到故障電流，延誤保護動作時間。此外，電流、電壓互感器作為繼電保護裝置獲取電氣量信息的關(guān)鍵設備，其參數(shù)的不準確也會對保護整定計算產(chǎn)生嚴重影響?；ジ衅鞯淖儽日`差和角誤差可能會導致繼電保護裝置測量到的電流、電壓信號與實際值存在偏差。當互感器存在變比誤差時，保護裝置測量到的電流、電壓值與實際值不符，會影響保護裝置的動作準確性。在差動保護中，如果兩側(cè)互感器的變比誤差不一致，會導致計算出的差動電流出現(xiàn)偏差，可能使保護裝置誤動作。角誤差同樣會對保護裝置產(chǎn)生影響，在相差動保護、方向保護等需要精確測量相位的保護裝置中，角誤差可能會導致保護裝置誤動作。這些參數(shù)的不確定性使得保護整定計算需要考慮更多的因素，增加了計算的復雜性和難度，也降低了保護裝置的可靠性和準確性。3.3.2復雜運行方式影響電力系統(tǒng)的運行方式復雜多樣，且處于動態(tài)變化之中，這對大型發(fā)-變組繼電保護的整定計算產(chǎn)生了顯著影響，增加了保護整定計算的難度和復雜性。在并列運行方式下，多臺發(fā)-變組同時向電網(wǎng)供電，系統(tǒng)的等值阻抗較小，短路電流水平較高。此時，保護裝置需要能夠快速準確地檢測到故障，并在短路電流的沖擊下可靠動作。由于多臺發(fā)-變組之間存在電氣聯(lián)系，當其中一臺發(fā)-變組發(fā)生故障時，故障電流會在各臺發(fā)-變組之間分配，這使得故障電流的計算變得復雜。例如，在某電力系統(tǒng)中，有多臺發(fā)-變組并列運行，當其中一臺發(fā)-變組的出線發(fā)生短路故障時，故障電流不僅會通過故障發(fā)-變組的繞組和線路，還會通過其他并列運行的發(fā)-變組，導致各臺發(fā)-變組的電流互感器測量到的電流發(fā)生變化。這就要求保護整定計算能夠準確考慮故障電流的分配情況，合理設置保護裝置的整定值，以確保保護裝置在故障時能夠正確動作。如果整定值設置不當，可能會導致保護裝置誤動作，切除正常運行的發(fā)-變組，影響電力系統(tǒng)的正常供電；或者導致保護裝置拒動，使故障擴大，對電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行造成嚴重威脅。而在解列運行方式下，發(fā)-變組與電網(wǎng)斷開，獨立運行。此時，系統(tǒng)的等值阻抗較大，短路電流水平相對較低。與并列運行方式相比，解列運行方式下的發(fā)-變組對保護裝置的靈敏度要求更高。由于短路電流較小，一些在并列運行方式下能夠可靠動作的保護裝置，在解列運行方式下可能無法及時檢測到故障，導致保護裝置拒動。在某發(fā)電廠的一次解列運行過程中，由于保護裝置的靈敏度設置不合理，當發(fā)-變組內(nèi)部發(fā)生輕微短路故障時，故障電流較小，保護裝置未能及時動作，使得故障逐漸擴大，最終導致發(fā)-變組損壞。此外，解列運行方式下，發(fā)-變組的負荷變化可能會更加劇烈，這也會對保護裝置的整定計算產(chǎn)生影響。例如，當發(fā)-變組突然甩負荷時，會產(chǎn)生過電壓和過電流，保護裝置需要能夠及時檢測到這些異常情況，并采取相應的保護措施。因此，在解列運行方式下，保護整定計算需要充分考慮系統(tǒng)的特點和發(fā)-變組的運行情況，合理調(diào)整保護裝置的整定值和動作特性，以提高保護裝置的靈敏度和可靠性。除了并列運行和解列運行這兩種典型的運行方式外，電力系統(tǒng)還存在其他復雜的運行方式，如電網(wǎng)的不同接線方式、不同的負荷水平和負荷分布等。這些因素都會導致系統(tǒng)的電氣參數(shù)發(fā)生變化，進而影響發(fā)-變組繼電保護的整定計算。在電網(wǎng)的不同接線方式下，系統(tǒng)的等值阻抗、短路電流分布等都會發(fā)生變化，保護裝置需要能夠適應這些變化，準確地動作。不同的負荷水平和負荷分布也會影響發(fā)-變組的運行狀態(tài)和故障特性，保護整定計算需要考慮這些因素，合理設置保護裝置的參數(shù)。例如，在負荷高峰期，系統(tǒng)的負荷電流較大，可能會導致發(fā)-變組的過負荷保護動作；而在負荷低谷期，系統(tǒng)的電壓可能會升高，需要考慮過電壓保護的整定計算。因此，為了應對復雜運行方式對保護整定計算的影響，需要建立準確的電力系統(tǒng)模型，充分考慮各種運行方式下的電氣參數(shù)變化和故障特性，采用先進的計算方法和技術(shù)，對保護裝置進行精確的整定計算，以確保保護裝置在各種運行方式下都能可靠地工作。四、大型發(fā)-變組繼電保護關(guān)鍵技術(shù)及應用4.1差動保護技術(shù)4.1.1原理與特點差動保護技術(shù)是大型發(fā)-變組繼電保護中的核心技術(shù)之一，它基于基爾霍夫電流定律，通過比較被保護設備兩端電流的大小和相位來判斷設備是否發(fā)生故障。在正常運行或區(qū)外故障時，被保護設備兩端的電流大小相等、相位相同，流入差動保護裝置的差動電流為零或接近于零，保護裝置不動作；而當被保護設備內(nèi)部發(fā)生故障時，故障點會產(chǎn)生額外的電流，導致設備兩端電流的大小和相位發(fā)生變化，流入差動保護裝置的差動電流增大，當超過設定的動作閾值時，保護裝置迅速動作，切除故障設備。根據(jù)比較電流的方式和應用場景的不同，差動保護主要分為縱差保護和橫差保護?？v差保護是將被保護設備的一次側(cè)和二次側(cè)電流的數(shù)值和相位進行比較而構(gòu)成的保護裝置，常用于保護變壓器繞組內(nèi)部及引出線上的相間短路，同時也可以保護變壓器單相匝間短路和接地短路。以雙繞組變壓器縱差保護為例，在變壓器兩側(cè)各裝設一組電流互感器，將它們的二次側(cè)按環(huán)流法連接，即將兩側(cè)電流互感器一次側(cè)的正極性端子均置于靠近母線的一側(cè)，然后將它們二次側(cè)的同極性端子相連接，再將差動繼電器的線圈并聯(lián)接入，構(gòu)成差動保護。在正常運行和外部短路故障時，由于變壓器高低側(cè)的額定電流不同，通過適當選擇兩側(cè)電流互感器的電流比，使得兩側(cè)的二次電流相等，流過差動繼電器線圈的電流在理論上為零，即i_1=i_2，保護裝置不動作。而當變壓器內(nèi)部發(fā)生故障時，如繞組短路，就會有故障電流流入變壓器，此時流入繼電器的電流為兩側(cè)電流之差，若故障電流足夠大，使差動電流超過差動保護的動作閾值，則電流足以使繼電器動作，迅速切斷變壓器各側(cè)斷路器，將故障設備從系統(tǒng)中切除?？v差保護具有動作迅速、靈敏度高的特點，能夠快速準確地檢測并隔離被保護設備內(nèi)部的故障，是電力系統(tǒng)常用的主保護之一。然而，縱差保護也存在一定的局限性，在變壓器空載合閘或外部故障切除后電壓恢復時，可能會出現(xiàn)勵磁涌流，其數(shù)值可能很大，且含有大量的非周期分量和高次諧波，這可能導致縱差保護誤動作。此外，當電流互感器飽和時，也會影響縱差保護的性能，使其出現(xiàn)誤判或拒動的情況。橫差保護主要用于保護發(fā)電機定子匝間短路，適用于發(fā)電機中性點具有六個引出端的情況，對于發(fā)電機內(nèi)部的不對稱短路故障也能起到保護作用。大容量發(fā)電機一般都由兩個并聯(lián)的繞組組成，正常運行時，兩繞組的電勢相等，各供出一半的負荷電流。當任一繞組發(fā)生匝間短路時，兩繞組的電勢不再相等，出現(xiàn)電勢差，從而在兩繞組中產(chǎn)生環(huán)流。橫差保護正是利用這個環(huán)流作為動作量來實現(xiàn)對發(fā)電機定子匝間短路故障的保護。橫差保護具有對定子匝間短路故障反應靈敏的特點，能夠及時檢測到發(fā)電機內(nèi)部的不對稱故障，保護發(fā)電機設備安全。但橫差保護也有其適用范圍的限制，它主要針對發(fā)電機定子繞組的特定故障類型，對于其他類型的故障，如相間短路、接地短路等，橫差保護可能無法提供有效的保護。4.1.2應用案例分析以某大型火電廠的一臺600MW發(fā)-變組為例，該發(fā)-變組采用了縱差保護作為變壓器的主保護，橫差保護作為發(fā)電機定子匝間短路的主保護。在一次運行過程中，發(fā)-變組的變壓器發(fā)生了內(nèi)部繞組短路故障。故障發(fā)生時，變壓器縱差保護裝置迅速檢測到變壓器兩側(cè)電流的差值超過了動作閾值，在幾毫秒內(nèi)迅速動作，跳開了變壓器的高壓側(cè)和低壓側(cè)斷路器，將故障變壓器從系統(tǒng)中隔離，有效避免了故障的進一步擴大，保護了變壓器和整個發(fā)-變組的安全。經(jīng)事后檢查分析，故障是由于變壓器內(nèi)部繞組的絕緣老化，導致相間短路。由于縱差保護動作迅速，及時切除了故障，使得發(fā)-變組的其他設備未受到嚴重影響，僅需對故障變壓器進行檢修和更換受損部件，大大減少了停電時間和經(jīng)濟損失。在另一次運行中，該發(fā)-變組的發(fā)電機發(fā)生了定子匝間短路故障。發(fā)電機橫差保護裝置檢測到發(fā)電機中性點引出端的兩組并聯(lián)繞組之間出現(xiàn)了明顯的環(huán)流，當環(huán)流超過橫差保護的整定值時，保護裝置立即動作，發(fā)出跳閘指令，跳開發(fā)電機的出口斷路器，同時啟動滅磁裝置，迅速熄滅發(fā)電機的勵磁電流，防止故障進一步惡化。這次故障是由于發(fā)電機長期運行，定子繞組受到電磁力、熱應力等因素的作用，部分繞組的絕緣出現(xiàn)破損，導致匝間短路。由于橫差保護及時動作，避免了發(fā)電機定子繞組的進一步損壞，保障了發(fā)電機的安全。通過對故障后的發(fā)電機進行檢修，更換了受損的繞組，發(fā)電機恢復正常運行。通過這兩個實際案例可以看出，差動保護技術(shù)在大型發(fā)-變組的繼電保護中發(fā)揮了重要作用，縱差保護和橫差保護分別針對變壓器和發(fā)電機的特定故障類型，具有快速、靈敏的動作特性，能夠在故障發(fā)生時迅速切除故障設備，保障發(fā)-變組的安全穩(wěn)定運行。然而，在實際應用中，也需要注意差動保護可能受到的各種干擾因素，如勵磁涌流、電流互感器誤差等，通過合理的保護整定計算和抗干擾措施，提高差動保護的可靠性和準確性。4.2接地保護技術(shù)4.2.1定子接地保護定子接地保護是大型發(fā)-變組繼電保護中的重要組成部分，其目的是及時檢測和保護發(fā)電機定子繞組的接地故障，防止故障進一步擴大，保障發(fā)-變組的安全穩(wěn)定運行。常見的定子接地保護原理包括基波零序電壓保護和三次諧波電壓保護，它們各自具有獨特的工作原理和應用場景?；阈螂妷罕Ｗo是基于發(fā)電機正常運行時三相電壓對稱，零序電壓為零的原理。當發(fā)電機定子繞組發(fā)生單相接地故障時，三相電壓的對稱性被破壞，會產(chǎn)生零序電壓。該保護通過測量發(fā)電機機端或中性點的零序電壓來判斷是否發(fā)生接地故障。零序電壓的大小與故障點到中性點的距離成正比，當零序電壓超過整定值時，保護裝置動作。以某600MW發(fā)電機為例，其額定電壓為20kV，在正常運行時，機端零序電壓接近于零。當定子繞組發(fā)生單相接地故障，且故障點距離中性點為繞組全長的20%時，根據(jù)理論計算，機端零序電壓約為相電壓的20%，即2.31kV（假設相電壓為11.55kV）。若保護裝置的整定值設置為1.5kV，則當零序電壓超過該整定值時，基波零序電壓保護動作，發(fā)出報警信號或跳閘指令，以保護發(fā)電機。基波零序電壓保護具有原理簡單、可靠性高的優(yōu)點，在實際應用中被廣泛采用。然而，該保護在中性點附近存在一定的死區(qū)。這是因為當故障點靠近中性點時，零序電壓較小，可能小于保護裝置的整定值，導致保護裝置無法動作。據(jù)統(tǒng)計，在一些采用基波零序電壓保護的發(fā)電機中，中性點附近約5%-10%的繞組發(fā)生接地故障時，該保護可能無法及時檢測到。為了減小死區(qū)范圍，可以采用一些改進措施，如提高保護裝置的靈敏度，但這可能會增加保護裝置誤動作的風險；或者結(jié)合其他保護原理，實現(xiàn)對定子繞組的全面保護。三次諧波電壓保護則利用了發(fā)電機正常運行時中性點三次諧波電壓大于機端三次諧波電壓，而在中性點附近發(fā)生接地故障時，機端三次諧波電壓會大于中性點三次諧波電壓的特點。在正常運行狀態(tài)下，發(fā)電機定子繞組的對地電容和電感會形成一定的諧振回路，產(chǎn)生三次諧波電壓。由于中性點和機端的電氣位置不同，它們的三次諧波電壓大小和相位存在差異。通過比較中性點和機端的三次諧波電壓，可以判斷是否發(fā)生中性點附近的接地故障。當機端三次諧波電壓大于中性點三次諧波電壓，且超過一定的門檻值時，三次諧波電壓保護動作。某大型發(fā)電機在正常運行時，中性點三次諧波電壓為3V，機端三次諧波電壓為1V。當在中性點附近發(fā)生接地故障時，機端三次諧波電壓升高到4V，中性點三次諧波電壓降低到2V，此時三次諧波電壓保護裝置檢測到機端三次諧波電壓大于中性點三次諧波電壓，且差值超過整定值，保護裝置動作，切除故障。三次諧波電壓保護對中性點附近的接地故障具有較高的靈敏度，能夠有效彌補基波零序電壓保護在中性點附近的死區(qū)問題。然而，其保護范圍主要集中在中性點附近，對于遠離中性點的繞組接地故障，保護效果相對較差。在實際應用中，通常將基波零序電壓保護和三次諧波電壓保護相結(jié)合，形成雙頻式定子接地保護，以實現(xiàn)對發(fā)電機定子繞組100%范圍的接地保護。這種組合保護方式充分發(fā)揮了兩種保護原理的優(yōu)勢，提高了定子接地保護的可靠性和靈敏度。在某發(fā)電廠的發(fā)-變組中，采用了雙頻式定子接地保護，在一次定子繞組接地故障中，當故障點位于繞組中部時，基波零序電壓保護動作，迅速切除了故障；而當故障點位于中性點附近時，三次諧波電壓保護及時動作，保障了發(fā)-變組的安全運行。4.2.2轉(zhuǎn)子接地保護轉(zhuǎn)子接地保護是保障大型發(fā)-變組安全運行的重要環(huán)節(jié)，它主要用于檢測和保護發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組的接地故障。轉(zhuǎn)子接地故障可分為一點接地和兩點接地，不同類型的故障對發(fā)電機的影響不同，相應的保護原理和實現(xiàn)方式也有所差異。一點接地保護的原理是通過檢測發(fā)電機轉(zhuǎn)子與大地之間的電勢差和電流來判斷是否存在轉(zhuǎn)子接地故障。當發(fā)生轉(zhuǎn)子一點接地故障時，在接地電阻限制下，接地電流和電勢會增加。常見的一點接地保護實現(xiàn)方式有多種，其中一種常用的原理是周期性地測量轉(zhuǎn)子繞組正極、負極的對地電流，并根據(jù)測量結(jié)果計算出轉(zhuǎn)子繞組或勵磁回路的對地電阻，從而判斷出接地故障的位置及接地電阻的量值。注入式原理也是一種常見的實現(xiàn)方式，注入式轉(zhuǎn)子接地保護裝置通過設置檢測碳刷，經(jīng)過檢測碳刷引出轉(zhuǎn)子正級或負級實現(xiàn)轉(zhuǎn)子接地保護。這種保護方式可以在未加勵磁時檢測轉(zhuǎn)子繞組對地絕緣，在啟停機過程中監(jiān)視轉(zhuǎn)子對地絕緣情況。以某300MW汽輪發(fā)電機為例，其轉(zhuǎn)子采用直流勵磁方式。在正常運行時，轉(zhuǎn)子繞組與大地之間保持良好的絕緣狀態(tài)，對地電阻很大，幾乎沒有電流流過。當轉(zhuǎn)子發(fā)生一點接地故障時，假設接地電阻為10kΩ，通過測量轉(zhuǎn)子繞組正極和負極的對地電流，利用特定的算法可以計算出接地電阻的數(shù)值，并判斷出接地故障的位置。一點接地保護裝置會根據(jù)預設的整定值進行判斷，若接地電阻低于整定值，保護裝置發(fā)出告警信號，提醒運行人員及時處理。運行人員收到告警信號后，會對勵磁回路進行全面檢查，包括檢查滑環(huán)絕緣環(huán)、轉(zhuǎn)子槽口絕緣、引線絕緣等部位，查看是否有損壞或臟污的情況。如果是由于臟污引起的接地，可對相關(guān)部位進行吹掃處理；如果是絕緣損壞導致的接地，則需要停機進行檢修，更換損壞的絕緣部件。一點接地故障雖然不會直接對發(fā)電機造成嚴重損害，但如果不及時處理，可能會發(fā)展為兩點接地故障，從而對發(fā)電機產(chǎn)生更大的危害。因此，一點接地保護的作用在于及時發(fā)現(xiàn)故障，為運行人員提供處理故障的時間，防止故障進一步惡化。當轉(zhuǎn)子繞組發(fā)生兩點接地故障時，其氣隙磁場將發(fā)生畸變，在定子繞組中將產(chǎn)生二次諧波負序分量電勢。轉(zhuǎn)子兩點接地保護正是基于這一原理，通過檢測定子電壓中二次諧波“負序”分量來判斷是否發(fā)生兩點接地故障。在轉(zhuǎn)子一點接地保護動作后，自動投入轉(zhuǎn)子兩點接地保護。例如，在某大型水輪發(fā)電機中，當轉(zhuǎn)子發(fā)生兩點接地故障時，定子電壓中的二次諧波負序分量明顯增大。通過安裝在定子側(cè)的電壓互感器采集電壓信號，并經(jīng)過濾波、放大等處理后，將信號傳輸至兩點接地保護裝置。保護裝置對接收到的信號進行分析計算，當檢測到二次諧波負序分量超過整定值時，判斷為發(fā)生兩點接地故障，保護裝置迅速動作，跳開發(fā)電機的出口斷路器，同時啟動滅磁裝置，快速熄滅發(fā)電機的勵磁電流，以避免發(fā)電機受到進一步的損壞。兩點接地故障會導致一部分勵磁線圈被短接，與發(fā)電機所對應的磁極的磁動勢均衡遭到破壞，使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生強烈震蕩，嚴重時可能損壞發(fā)電機及其設施，甚至引發(fā)火災。因此，轉(zhuǎn)子兩點接地保護對于保障發(fā)電機的安全運行至關(guān)重要，它能夠在故障發(fā)生時迅速動作，切除故障，防止事故的擴大。4.3失磁保護技術(shù)4.3.1失磁故障危害與檢測原理發(fā)電機失磁是大型發(fā)-變組運行過程中可能出現(xiàn)的一種嚴重異常狀態(tài)，它對發(fā)-變組自身以及整個電網(wǎng)都會產(chǎn)生諸多危害。當發(fā)電機失磁時，首先會對發(fā)電機本身造成不良影響。失磁后，發(fā)電機的勵磁電流減小或消失，導致發(fā)電機的感應電動勢降低。為了維持發(fā)電機的電磁功率平衡，發(fā)電機的轉(zhuǎn)速會逐漸升高，超過同步轉(zhuǎn)速，進入異步運行狀態(tài)。在異步運行過程中，發(fā)電機的轉(zhuǎn)子會切割定子磁場，在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生差頻電流。這個差頻電流會在轉(zhuǎn)子鐵芯和繞組中產(chǎn)生附加損耗，導致轉(zhuǎn)子溫度急劇升高，嚴重時可能會損壞轉(zhuǎn)子絕緣和繞組，縮短發(fā)電機的使用壽命。失磁還會使發(fā)電機的振動加劇，因為異步運行時發(fā)電機的電磁轉(zhuǎn)矩會發(fā)生周期性變化，從而引起發(fā)電機的機械振動，這可能會對發(fā)電機的軸承、機座等部件造成損壞。發(fā)電機失磁對電網(wǎng)的影響也不容忽視。失磁后的發(fā)電機從電網(wǎng)吸收大量的無功功率，導致電網(wǎng)的無功功率需求增加。如果電網(wǎng)的無功儲備不足，會引起電網(wǎng)電壓下降，甚至可能導致電壓崩潰，引發(fā)大面積停電事故。在某地區(qū)電網(wǎng)中，一臺大型發(fā)電機失磁后，由于電網(wǎng)無功補償能力有限，導致電網(wǎng)電壓迅速下降，多個變電站的母線電壓低于允許值，部分線路因電壓過低而跳閘，最終造成了該地區(qū)的部分區(qū)域停電。失磁發(fā)電機還會影響電網(wǎng)中其他機組的運行穩(wěn)定性。由于失磁發(fā)電機從電網(wǎng)吸收無功功率，會導致電網(wǎng)的無功潮流發(fā)生變化，使得其他機組的無功分配發(fā)生改變，可能會引起其他機組的過負荷或欠勵磁運行，進而影響整個電網(wǎng)的穩(wěn)定性。為了及時檢測出發(fā)電機失磁故障，失磁保護采用了多種檢測原理和判據(jù)。其中，檢測發(fā)電機機端測量阻抗的變化是一種常用的方法。在正常運行時，發(fā)電機的機端測量阻抗位于阻抗平面的第一象限，呈現(xiàn)出阻感性。當發(fā)電機失磁后，機端測量阻抗會隨著失磁過程的發(fā)展而逐漸變化，最終進入異步阻抗圓。通過設置合適的阻抗圓特性，當機端測量阻抗進入異步阻抗圓時，判斷發(fā)電機失磁。這種判據(jù)利用了發(fā)電機失磁前后電氣量的變化特征，具有較高的靈敏度和可靠性。檢測發(fā)電機機端電壓的變化也是失磁保護的重要判據(jù)之一。發(fā)電機失磁后，由于感應電動勢降低，機端電壓會隨之下降。同時，定子電流會增大，因為發(fā)電機需要從電網(wǎng)吸收更多的無功功率來維持運行。通過監(jiān)測機端電壓和定子電流的變化，當機端電壓低于設定的閾值，且定子電流超過一定值時，可判斷發(fā)電機發(fā)生失磁故障。例如，在某發(fā)電機失磁保護中，設定機端電壓低于額定電壓的85%，且定子電流超過額定電流的1.2倍時，保護裝置動作，發(fā)出失磁告警信號或跳閘指令。檢測發(fā)電機功角的變化也是判斷失磁的有效方法。正常運行時，發(fā)電機的功角保持在一定范圍內(nèi)。當發(fā)電機失磁后，由于電磁功率的變化，功角會逐漸增大。當功角超過一定的臨界值時，發(fā)電機將失去同步，進入異步運行狀態(tài)。通過測量發(fā)電機的功角，并與設定的功角閾值進行比較，當功角超過閾值時，可判斷發(fā)電機失磁。在實際應用中，為了提高失磁保護的可靠性，通常會綜合運用多種判據(jù)。采用機端測量阻抗判據(jù)和機端電壓判據(jù)相結(jié)合的方式，當機端測量阻抗進入異步阻抗圓，且機端電壓低于設定閾值時，才判斷發(fā)電機失磁。這樣可以避免單一判據(jù)在某些情況下可能出現(xiàn)的誤判，提高失磁保護的準確性和可靠性。4.3.2運行維護要點在大型發(fā)-變組失磁保護的運行維護過程中，校驗和調(diào)試工作是確保保護裝置可靠運行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。定期校驗是保證失磁保護裝置性能的重要措施。校驗周期一般根據(jù)設備的運行環(huán)境、使用年限以及相關(guān)標準要求來確定，通常建議每年進行一次全面校驗。在校驗過程中，需要對保護裝置的硬件和軟件進行全面檢查和測試。對硬件部分，要檢查電流互感器、電壓互感器的變比是否準確，二次回路是否存在接觸不良、短路或開路等問題。使用高精度的校驗儀器對電流互感器和電壓互感器進行變比測試，確保其測量精度符合要求。還要檢查保護裝置的電路板、電子元件等是否有損壞、老化等現(xiàn)象，及時更換有問題的部件。對于軟件部分，要檢查保護算法是否正確，定值設置是否合理。通過模擬不同的故障場景，對保護算法進行驗證，確保其能夠準確地判斷失磁故障。同時，要根據(jù)電力系統(tǒng)的實際運行情況，對保護裝置的定值進行核對和調(diào)整，確保定值的準確性和合理性。在調(diào)試方面，在新安裝或更換失磁保護裝置后，必須進行嚴格的調(diào)試工作。調(diào)試內(nèi)容包括裝置的參數(shù)設置、功能測試以及與其他設備的配合測試等。根據(jù)發(fā)-變組的額定參數(shù)和運行要求，正確設置保護裝置的各項參數(shù)，如動作閾值、延時時間等。進行功能測試時，模擬發(fā)電機失磁故障，觀察保護裝置的動作情況，檢查其是否能夠及時、準確地發(fā)出告警信號或跳閘指令。還要進行與其他設備的配合測試，檢查失磁保護裝置與發(fā)-變組的控制系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)以及其他繼電保護裝置之間的通信是否正常，動作是否協(xié)調(diào)。在某發(fā)電廠新安裝的失磁保護裝置調(diào)試過程中，通過模擬發(fā)電機失磁故障，發(fā)現(xiàn)保護裝置的動作時間過長，經(jīng)過檢查發(fā)現(xiàn)是延時時間設置不合理。經(jīng)過重新調(diào)整延時時間，并進行多次測試，確保保護裝置能夠在規(guī)定時間內(nèi)準確動作。除了校驗和調(diào)試工作外，還需要加強對失磁保護裝置的日常運行監(jiān)測。通過實時監(jiān)測保護裝置的運行狀態(tài)、電氣量數(shù)據(jù)以及故障信息等，及時發(fā)現(xiàn)潛在的問題并進行處理。利用監(jiān)控系統(tǒng)實時監(jiān)測發(fā)電機的機端電壓、電流、功率等電氣量，以及失磁保護裝置的動作信號。當發(fā)現(xiàn)電氣量數(shù)據(jù)異?；虮Ｗo裝置發(fā)出告警信號時，及時進行分析和處理。同時，要定期對保護裝置的運行數(shù)據(jù)進行分析，評估其運行性能和可靠性，為后續(xù)的維護和改進提供依據(jù)。例如，通過對一段時間內(nèi)失磁保護裝置的動作記錄進行分析，發(fā)現(xiàn)某臺發(fā)電機在特定工況下容易出現(xiàn)誤報警的情況，經(jīng)過進一步檢查和分析，發(fā)現(xiàn)是由于該工況下電氣量的波動導致保護裝置的靈敏度設置不合理。通過調(diào)整保護裝置的靈敏度，解決了誤報警的問題。此外，還應制定完善的應急預案，以應對失磁保護裝置可能出現(xiàn)的故障或誤動作情況。應急預案應包括故障處理流程、人員職責分工以及與其他部門的協(xié)調(diào)配合等內(nèi)容。當失磁保護裝置發(fā)生故障或誤動作時，運行人員能夠按照應急預案迅速采取措施，確保發(fā)-變組和電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。在某發(fā)電廠的應急預案中，明確規(guī)定了當失磁保護裝置誤動作時，運行人員應立即檢查保護裝置的工作狀態(tài)，判斷是否是由于外部干擾或裝置故障引起的。如果是外部干擾，采取相應的抗干擾措施；如果是裝置故障，及時更換備用保護裝置，并對故障裝置進行維修和檢測。五、大型發(fā)-變組繼電保護故障分析與處理5.1常見故障類型5.1.1裝置硬件故障保護裝置的硬件故障是導致繼電保護異常的重要原因之一，常見的硬件故障類型包括芯片損壞、電路板故障以及電源故障等。芯片作為保護裝置的核心部件，其損壞可能會導致裝置的功能喪失或異常。芯片在長期運行過程中，可能會受到溫度、濕度、電壓波動等環(huán)境因素的影響，導致內(nèi)部電路出現(xiàn)故障。某保護裝置在運行一段時間后，由于芯片過熱，導致內(nèi)部晶體管擊穿，使得裝置無法正常采集和處理電氣量信號，最終引發(fā)保護裝置誤動作。此外，芯片在制造過程中可能存在質(zhì)量缺陷，這些缺陷在裝置運行過程中可能會逐漸暴露出來，導致芯片損壞。據(jù)統(tǒng)計，因芯片質(zhì)量問題導致的硬件故障約占硬件故障總數(shù)的20%。電路板故障也是較為常見的硬件故障類型。電路板上的電子元件眾多，如電阻、電容、電感、二極管、三極管等，這些元件在長期運行過程中可能會出現(xiàn)老化、損壞等問題。某保護裝置的電路板上的一個電容因長期工作在高溫環(huán)境下，導致電容的電解液干涸，電容值發(fā)生變化，從而影響了電路板的正常工作，使得保護裝置對故障的判斷出現(xiàn)偏差。電路板上的線路也可能會出現(xiàn)斷路、短路等問題，這通常是由于電路板的制造工藝不良、機械應力作用或受到外力沖擊等原因引起的。在某變電站的保護裝置中，由于一次設備的振動傳遞到保護裝置，使得電路板上的線路出現(xiàn)了細微的裂紋，隨著時間的推移，裂紋逐漸擴大，最終導致線路斷路，保護裝置無法正常工作。電源故障是硬件故障的另一個重要方面。保護裝置的正常運行依賴于穩(wěn)定可靠的電源供應，一旦電源出現(xiàn)故障，裝置將無法正常工作。電源故障可能包括電源模塊損壞、電壓不穩(wěn)定、電源濾波不良等。某保護裝置的電源模塊因長期過載運行，導致內(nèi)部元件損壞，輸出電壓異常，使得保護裝置頻繁出現(xiàn)誤動作。電壓不穩(wěn)定也會對保護裝置產(chǎn)生影響，當電源電壓過高或過低時，可能會導致保護裝置的電子元件損壞或工作異常。電源濾波不良會使電源中存在的雜波和干擾信號進入保護裝置，影響裝置的正常運行，如導致裝置的測量誤差增大、保護邏輯誤判等。5.1.2軟件故障軟件在大型發(fā)-變組繼電保護裝置中起著至關(guān)重要的作用，然而，軟件故障也可能給保護裝置帶來嚴重影響。軟件故障主要包括軟件程序錯誤、數(shù)據(jù)丟失以及版本不兼容等問題。軟件程序錯誤是導致軟件故障的常見原因之一。在軟件的開發(fā)過程中，由于需求分析不充分、設計不合理、編碼錯誤或測試不全面等因素，可能會導致軟件程序中存在漏洞和缺陷。這些漏洞和缺陷在保護裝置運行過程中可能會被觸發(fā)，從而導致保護裝置出現(xiàn)誤動作或拒動。某繼電保護裝置的軟件程序在處理復雜故障時，由于算法設計不合理，導致對故障信號的判斷出現(xiàn)偏差，從而使保護裝置誤動作，將正常運行的發(fā)-變組切除。軟件程序中的邏輯錯誤也可能導致保護裝置在某些情況下無法正確執(zhí)行保護動作，例如，在故障處理流程中，由于邏輯判斷錯誤，可能會跳過必要的保護動作步驟，導致故障無法及時切除。數(shù)據(jù)丟失也是軟件故障的一種表現(xiàn)形式。在保護裝置的運行過程中，數(shù)據(jù)的存儲和傳輸至關(guān)重要。如果存儲設備出現(xiàn)故障，如硬盤損壞、閃存故障等，可能會導致保存在其中的數(shù)據(jù)丟失。某保護裝置的硬盤出現(xiàn)壞道，導致存儲在硬盤中的歷史故障數(shù)據(jù)和保護定值等重要信息丟失，這不僅影響了對歷史故障的分析和總結(jié)，也可能導致保護裝置在后續(xù)運行中因定值錯誤而出現(xiàn)誤動作。數(shù)據(jù)在傳輸過程中也可能會受到干擾，導致數(shù)據(jù)丟失或錯誤。在通信過程中，由于電磁干擾、通信線路故障等原因，可能會使傳輸?shù)臄?shù)據(jù)出現(xiàn)丟包、錯包等情況，從而影響保護裝置對數(shù)據(jù)的正確處理。軟件版本不兼容也是一個不容忽視的問題。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和更新，繼電保護裝置的軟件版本也在不斷升級。在進行軟件升級時，如果新的軟件版本與硬件設備或其他軟件模塊不兼容，可能會導致保護裝置出現(xiàn)異常。某保護裝置在升級到新的軟件版本后，與裝置中的通信模塊出現(xiàn)兼容性問題，導致通信中斷，保護裝置無法將故障信息及時上傳至監(jiān)控系統(tǒng)，影響了對故障的及時處理。不同廠家生產(chǎn)的保護裝置之間也可能存在軟件版本不兼容的情況，這在電力系統(tǒng)中多個保護裝置協(xié)同工作時可能會引發(fā)問題，如數(shù)據(jù)交互錯誤、保護動作不協(xié)調(diào)等。5.1.3二次回路故障二次回路作為繼電保護裝置與一次設備之間的連接橋梁，其故障會對繼電保護的正常動作產(chǎn)生嚴重影響。二次回路故障主要包括斷線、短路以及接觸不良等問題。二次回路斷線是較為常見的故障類型之一。斷線可能發(fā)生在電流互感器二次回路、電壓互感器二次回路或其他信號傳輸回路中。在電流互感器二次回路中，由于長期受到大電流的沖擊，可能會導致二次側(cè)導線的絕緣層老化、破損，進而引發(fā)斷線故障。某變電站的電流互感器二次回路中，一根導線因長期處于高溫環(huán)境下，絕緣層老化開裂，最終導致導線斷裂，使得繼電保護裝置